JP7182918B2 - 振動型駆動装置、電子機器及び移動体 - Google Patents

Description

本発明は、焼結体を用いる振動型駆動装置、電子機器及び移動体に関する。

電気－機械エネルギー変換素子を用いる振動体と移動体を加圧接触させ、振動体に所定の振動を励起させて振動体から移動体へ摩擦駆動力を与えることにより、振動体と移動体を相対的に移動させる振動型駆動装置が知られている。このような振動型駆動装置では、加圧接触に起因して生じる保持トルクや保持力が大きい。したがって、外力が作用しても無通電の状態で振動体と移動体の位置関係を維持することができ、さらに、振動体と移動体の位置関係を維持するための特別な機構やエネルギーが不要である。

また、振動型駆動装置において、振動体と移動体が接触する摩擦面（摩擦摺動面）において、振動体又は移動体の摩擦材としてステンレス焼結体を用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００８－２２８４５３号公報

ところで、摩擦材としてステンレス焼結体を使用しただけでは、十分な摩擦特性を得ることができず、振動体の構成や環境条件、駆動条件によっては十分な保持トルクや保持力が得られないことがある。そこで、ステンレス焼結体に化合物を含浸させる等の処理を行い、摩擦材の摩擦特性を改善することが考えられる。

しかしながら、ステンレス焼結体に化合物を含浸させるために、ステンレス焼結体へ化合物を塗布する場合、摩擦材を構成するステンレス焼結体の表面への化合物の塗布量が少ないと、十分な処理（含浸）が行われない恐れがある。一方、ステンレス焼結体の表面へ化合物を過剰に塗布すると、塗布された化合物が硬化した後に当該化合物を研磨して摩擦材を所望の厚さに調整する際の研磨時間が増加する恐れがある。また、一部の化合物が、摩擦材の側面に流れ出して硬化し、結果として摩擦材が増大することにより、摩擦材が振動型駆動装置の別の部材と干渉してしまう恐れがある。

本発明の目的は、焼結体に化合物を含浸させる処理を行う場合に、硬化した化合物と他の部材の干渉の発生を抑制することができる振動型駆動装置、電子機器及び移動体を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の振動型駆動装置は、電気－機械エネルギー変換素子及び弾性体を用いる振動体と、該振動体に加圧接触する移動体とを備え、前記振動体に励起された振動によって前記振動体及び前記移動体を相対的に移動させる振動型駆動装置において、前記移動体は、少なくとも樹脂が含浸された焼結体を含み且つ前記振動体と接触する摩擦面を有し、前記移動体は、前記振動体及び前記移動体の相対移動方向と直交する断面において、前記摩擦面と隣接する傾斜面をさらに有し、前記移動体における前記摩擦面と前記傾斜面のなす角は、９０度より大きく且つ１８０度より小さいことを特徴とする。

本発明によれば、焼結体に化合物を含浸させる処理を行う場合に、硬化した化合物と他の部材の干渉の発生を抑制することができる。

本発明の実施の形態に係る振動型駆動装置としての振動型アクチュエータの構成を概略的に示す分解斜視図である。 振動型アクチュエータの振動体が有する圧電素子の電極構造を示す平面図である。 図１の線Ａ－Ａに沿う断面図である。 移動体の製造方法を説明するための工程図である。 移動体へのエポキシ樹脂の含浸時におけるエポキシ樹脂の挙動を説明するための工程図である。 図１における移動体の第１の変形例の断面図である。 図１における移動体の第２の変形例の断面図である。 高湿度環境への長時間放置後の各振動型アクチュエータにおける保持トルクの測定結果を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係る電子機器としてのレンズ鏡筒の断面図である。 本発明の実施の形態に係る電子機器としての産業用ロボットの斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、以下の実施の形態に記載されている構成はあくまで例示に過ぎず、本発明の範囲は実施の形態に記載されている構成によって限定されることはない。

図１は、本発明の実施の形態に係る振動型駆動装置としての振動型アクチュエータの構成を概略的に示す分解斜視図である。図１において、振動型アクチュエータ１は３個の振動体２及び環状の移動体３を備える。３個の振動体２はそれぞれ、２つの突起部２ａを結ぶ方向が移動体３の内周又は外周と同心の円の接線方向となるように、不図示の基台に配置される。このとき、各振動体２の後述の突起部２ａの先端と移動体３の後述の摩擦面３ｃが、不図示の加圧手段により加圧接触する。なお、同じ仕様の３個の振動体２を配置した上で、各振動体２が配置される基台と移動体３のそれぞれの大きさ（形状）を変えることにより、種々の外径及び内径を有する振動型アクチュエータを作製することができる。各振動体２は、基材である略矩形平板状の弾性体２ｂと、弾性体２ｂの一方の面に接着剤等により接合された略矩形平板状の圧電素子２ｃと、弾性体２ｂにおいて圧電素子２ｃが接合されている面の反対側の面に設けられた２つの突起部２ａとを有する。

図２は、振動型アクチュエータ１の振動体３が有する圧電素子２ｃの電極構造を示す平面図である。電気－機械エネルギー変換素子の一例である圧電素子２ｃには、長手方向に関して２等分された電極領域が形成され、各電極領域における分極方向は同一方向（＋）である。例えば、弾性体２ｂの面外一次曲げ振動モード及び面外二次曲げ振動モードの各共振周波数に近い周波数の交番電圧ＶＡ，ＶＢを圧電素子２ｃの２つの電極へそれぞれ印加する。これにより、振動体２では面外一次曲げ振動モードの振動と面外二次曲げ振動モードの振動が励起される。ここで、面外一次曲げ振動モードは、短手方向に関する曲げ振動であり、振動体２において長手方向と略平行に２本の節線が現れる振動モードである。面外二次曲げ振動モードは、長手方向に関する曲げ振動であり、振動体２において短手方向と略平行に３本の節線が生じる振動モードである。振動体２では、２つの突起部２ａが、面外一次曲げ振動モードの振動の腹となる位置、且つ、面外二次曲げ振動モードの振動の腹となる位置に設けられる。これらの振動が合成されることで突起部２ａに楕円運動が生じるが、このような楕円運動を生じさせる原理は周知であるため、より詳細な説明は省略する。振動型アクチュエータ１では、移動体３に加圧接触する各振動体２の突起部２ａが楕円運動を行うことにより、移動体３をその円周方向に相対移動させて駆動する。これにより、移動体３はその円周方向（図１中の矢印方向）に回転移動する。なお、振動型アクチュエータ１において、移動体３を基台に配置することにより、相対的に各振動体２を移動体３の円周方向に沿って移動させてもよい。

図３は、移動体３の振動体２と移動体３との相対移動方向と直交する断面図（図１の線Ａ－Ａに沿う断面図）である。図３において、移動体３は、略矩形の断面を有する本体部３ａと、該本体部３ａから振動体２に向けて突出する、略台形の断面を有する摩擦部３ｂとを有する。なお、図３では、右側が移動体３の外周側に相当し、左側が移動体３の内周側に相当する。摩擦部３ｂの振動体２側の頂部には振動体２と接触する摩擦面３ｃが形成され、摩擦部３ｂの外周側の側面には傾斜面３ｄが形成される。なお、摩擦部３ｂの内周側の側面は摩擦面３ｃに垂直な垂直面３ｅで構成される。傾斜面３ｄは、傾斜面３ｄの内周側において摩擦面３ｃに隣接する。移動体３における摩擦面３ｃと傾斜面３ｄのなす角θ_１は、９０度より大きく且つ１８０度より小さい。また、角θ_１は、１１０度≦θ_１≦１６０度が好ましい。また、角θ_１は、１２０度≦θ_１≦１５０度がより好ましい。また、角θ_１は、１２０度＜θ_１＜１５０度（１２０度よりも大きく且つ１５０度よりも小さい）が最も好ましい。また、移動体３には、摩擦面３ｃとは反対側において傾斜面３ｄと隣接する滞留面３ｆが設けられる。図３に示すように、摩擦面３ｃが上方を向く場合、滞留面３ｆは摩擦面３ｃよりも低く、且つ摩擦面３ｃと平行をなす。なお、摩擦面３ｃと滞留面３ｆとは完全に平行でなくてもよい。また、滞留面３ｆは傾斜面３ｄに向けて落ち込むように傾斜して設けられてもよい。移動体３では、摩擦面３ｃ、傾斜面３ｄ、垂直面３ｅ及び滞留面３ｆが全周に亘って形成される。移動体３は、例えば、マルテンサイト系ステンレスの一種であるＳＵＳ４２０Ｊ２の粉末の焼結体（ステンレス焼結体）が焼き入れ硬化した焼結体を含み、摩擦部３ｂには、例えば、エポキシ樹脂が含浸される。移動体３は、移動体３の全体が焼結体で構成されていてもよく、又は、振動体２と摩擦する摩擦面を含む一部、例えば、摩擦部３ｂが焼結体で構成されていてもよい。

一般に、振動体を移動体へ加圧接触させる振動型駆動装置では、当該振動型駆動装置が高湿度下に放置されると、移動体の摩擦面に水分が吸着することにより、その後の起動時に保持トルク又は保持力が低下する。すなわち、乾燥環境下では移動体の摩擦面に水分が吸着しないため、移動体の摩擦面と振動体が確実に接触する真実接触面積が十分に確保されるが、摩擦面に水分が吸着すると、該水分からなる水膜が摩擦面を介して移動体を支える。水膜が移動体を支える状態は混合潤滑状態や流体潤滑状態に該当するが、この状態では、水膜によって真実接触面積が十分に確保されない。また、水分は固体と比べて剪断方向に関する抵抗力が非常に小さく、移動体に作用する摩擦力（抵抗力）も小さくなる。これら複合的な要因により、振動型駆動装置では保持トルク又は保持力が低下する。これに対応して、本実施の形態の振動型アクチュエータ１では、少なくとも、振動体２と接触する摩擦面３ｃを多孔質材であるステンレスの焼結体によって構成し、該焼結体の各気孔の少なくとも一部に、例えば、エポキシ樹脂を含浸する。その結果、振動体２が摩擦面３ｃへ接触する際、摩擦面３ｃへ含浸されたエポキシ樹脂が移着する。エポキシ樹脂を含む樹脂は比較的柔らかいため、摩擦面３ｃへ硬いステンレスの金属面が露出しただけの状態よりも、摩擦面３ｃと振動体２の真実接触面積が増大する。これにより、保持トルクや保持力の低下を抑制することができる。また、摩擦面３ｃへのエポキシ樹脂の移着量はエポキシ樹脂の含浸量で決まるため、保持トルクや保持力の低下を抑制したい場合には、エポキシ樹脂の含浸量を増やせばよい。すなわち、エポキシ樹脂の含浸量の調整を通じて、所望の特性を有する摩擦面３ｃを適切に得ることができる。また、摩擦の結果、摩擦面３ｃにはエポキシ樹脂の移着膜が形成されるため、振動体２及び摩擦面３ｃの金属接触が生じるのを抑制することができ、振動体２や摩擦面３ｃの耐摩耗性を向上することができる。

また、摩擦部３ｂの摩擦面３ｃの表面気孔率（表面において各気孔が占める面積の割合）が大きすぎると摩擦部３ｂの強度が不足して摩擦面３ｃが過度に摩耗し、保持トルクや保持力の低下を招く。一方、表面気孔率が小さすぎると、摩擦部３ｂに含有されるエポキシ樹脂の量が減少して摩擦面３ｃへのエポキシ樹脂の移着量が減少し、摩擦面３ｃと振動体２の真実接触面積が増加しないため、やはり、保持トルクや保持力の低下を招く。これに対応して、本実施の形態の振動型アクチュエータ１では、摩擦面３ｃにおける表面気孔率が５％以上且つ３０％以下に設定される。これにより、表面気孔率が必要以上に増大し、若しくは減少するのを防止し、摩擦面３ｃの過度な摩耗や摩擦面３ｃと振動体２の真実接触面積の減少を防止して保持トルクや保持力の低下を抑制することができる。

図４は、移動体３の製造方法を説明するための工程図である。まず、ＳＵＳ４２０Ｊ２の粉末（平均粒径７５μｍ）を焼結させてリング状焼結体４を形成する（図４（Ａ））。リング状焼結体４の断面形状は移動体３の断面形状の相似形を呈する。このとき、各ＳＵＳ４２０Ｊ２の粉末を融点以下の温度に保持し、互いに結合させてリング状体を形成した後、該リング状体を急冷してリング状焼結体４を得る。ＳＵＳ４２０Ｊ２は急冷によって焼き入れ硬化するため、得られるリング状焼結体４から製造される移動体３の摩擦面３ｃの硬度が向上し、摩擦面３ｃの耐摩耗性を向上することができる。なお、摩擦面３ｃの焼き入れ硬化を確実に行うために、リング状焼結体４の形成後、摩擦面３ｃに相当する部分へレーザ照射による焼き入れ処理を施してもよい。レーザ照射による焼き入れ処理では、加熱される範囲が限定されるため、加熱後の冷却時の収縮が生じる範囲を限定することができ、リング状焼結体４が不必要に変形するのを防止することができる。また、必要以上の範囲が硬化されることが無いため、リング状焼結体４の表面を切削して所望の寸法を有する移動体３を製造する場合、切削を容易に行うことができ、もって移動体３の製造効率を向上することができる。なお、ＳＵＳ４２０Ｊ２の代わりにオーステナイト系ステンレスの一種であるＳＵＳ３１６を用いた場合、耐摩耗性を向上させるために、イオン窒化法により硬い窒化層を設ける。

次いで、リング状焼結体４における摩擦面３ｃに相当する頂面４ａへ液状のエポキシ樹脂５をディスペンサーで塗布する（図４（Ｂ））。その後、リング状焼結体４を８０℃に加熱して保持し、エポキシ樹脂５の粘度を低下させてリング状焼結体４の各気孔への含浸を促進する。これにより、頂面４ａからリング状焼結体４の内部へ向けてエポキシ樹脂５が含浸する。エポキシ樹脂５が含浸した部分が摩擦部３ｂとなる。さらに、リング状焼結体４を１時間に亘って８０℃に保持する。このとき、頂面４ａへ塗布されたエポキシ樹脂５は硬化する。その後、ＧＣ＃３２０のエメリー紙による研磨を通じて硬化したエポキシ樹脂５をリング状焼結体４の頂面４ａが現れるまで除去する。次いで、多結晶ダイヤモンド（平均粒径が３μｍ）を塗布した銅定盤によって頂面４ａにラップ加工（研磨加工）を施して平滑化を行う。これにより、摩擦面３ｃが形成される。さらに、リング状焼結体４の各部に切削加工を施し、所望の寸法を有する移動体３を得る（図４（Ｃ））。得られた移動体３の摩擦部３ｂでは、リング状焼結体４の各気孔の少なくとも一部にエポキシ樹脂５が含浸されている。また、耐摩耗性を向上させるために、エポキシ樹脂５にＧＣ＃８０００等のセラミック粒子を混合してもよい。また、得られた移動体３では、摩擦面３ｃの移動体３の径方向に関する長さ（以下、「径方向長さ」という。）が、本体部３ａの径方向長さよりも短い。これにより、塗布されるエポキシ樹脂５の量を削減してその後のエポキシ樹脂５の除去に要する時間を減らすことができる。また、上述したラップ加工を施す領域を減らすことができる。これにより、移動体３の製造時間を短縮することができる。なお、摩擦面３ｃの径方向長さは、摩擦面３ｃと接触する各突起部２ａの位置誤差や寸法誤差を考慮しても、各突起部２ａと摩擦面３ｃが接触可能な長さに設定される。

ところで、移動体３の製造方法において、摩擦部３ｂへエポキシ樹脂５を含浸させるために、リング状焼結体４の頂面４ａへエポキシ樹脂５を塗布する（図５（Ａ））。このとき、摩擦部３ｂへの十分な含浸を確保するために、比較的多めのエポキシ樹脂５を頂面４ａへ塗布する（図５（Ｂ））。ここで、含浸のためにエポキシ樹脂５を加熱すると、エポキシ樹脂５の粘度が低下し、余剰のエポキシ樹脂５が頂面４ａから溢れ、例えば、垂直面３ｅに付着して硬化することがある。垂直面３ｅに付着して硬化したエポキシ樹脂５は、例えば、振動型アクチュエータ１をレンズ鏡筒に適用した場合、レンズホルダやカム環等の他の部位と干渉を起こす可能性がある。

これに対して、上述したように、移動体３には、傾斜面３ｄが設けられる。傾斜面３ｄは、頂面４ａに相当する摩擦面３ｃと外周側において隣接する。摩擦面３ｃと傾斜面３ｄのなす角θ_１は、９０度＜θ_１＜１８０度であるが、１１０度≦θ_１≦１６０度が好ましい。また、角θ_１は、１２０度≦θ_１≦１５０度がより好ましい。また、角θ_１は、１２０度＜θ_１＜１５０度（１２０度よりも大きく且つ１５０度よりも小さい）が最も好ましい。ここでは、１２０度よりも大きく、且つ１５０度よりも小さい、傾斜面３ｄが設けられる。

余剰のエポキシ樹脂５は頂面４ａの内周側及び外周側から溢れ出して庇状に突出する（図５（Ｃ））。庇状に突出するエポキシ樹脂５は、エポキシ樹脂５の分子間力の作用によって溢れ出したままの形状を維持しながら、徐々に垂直面３ｅや傾斜面３ｄへ向けて垂れていく。ここで、摩擦面３ｃに対して所定の角度の傾斜面３ｄが設けられているため、傾斜面３ｄは、摩擦面３ｃに垂直な垂直面３ｅよりも先に庇状に突出するエポキシ樹脂５と接触する（図５（Ｄ））。その後、エポキシ樹脂５は接触した傾斜面３ｄへ積極的に流れ出し、垂直面３ｅへ流れることがない（図５（Ｅ））。すなわち、移動体３は傾斜面３ｄを備えることにより、エポキシ樹脂５が流れ出す方向を制御することができる（図５（Ｆ））。これにより、エポキシ樹脂５が垂直面３ｅへ付着して硬化し、他の部位と干渉するのを防止することができる。また、エポキシ樹脂５を傾斜面３ｄへ積極的に流れ出させることにより、頂面４ａに残存するエポキシ樹脂５の量を適切に抑えることができ、もって、エポキシ樹脂５の除去に要する時間を短縮することができる。また、移動体３は、摩擦面３ｃとは反対側において傾斜面３ｄと隣接し、摩擦面３ｃが上方を向く場合、摩擦面３ｃよりも低く、且つ摩擦面３ｃと平行をなす滞留面３ｆを有する。これにより、傾斜面３ｄへ流れ出したエポキシ樹脂５が傾斜面３ｄから溢れ出しても滞留面３ｆに留めることができ、もって、エポキシ樹脂５が垂直面３ｅとは反対側の垂直面等へ流れ出すのを防止することができる。

なお、角θ_１が相対的に大きい場合は、角θ_１が相対的に小さい場合と比較して、庇状に突出するエポキシ樹脂５（図５（Ｃ））は、傾斜面３ｄと接触しやすいため、頂面４ａから傾斜面３ｄへ流出しやすい。そして、その結果、エポキシ樹脂５は、頂面４ａから垂直面３ｅへ流出しにくくなるので、レンズホルダやカム環等の他の部位と干渉を起こしにくい。

しかし、角θ_１が大きすぎると、エポキシ樹脂５は、必要以上に頂面４ａから傾斜面３ｄへ流出するので、頂面４ａに残存しにくくなる。そして、その結果、摩擦部３ｂへの十分な含浸を確保しにくくなり、好ましくない。

また、角θ_１が相対的に小さい場合は、角θ_１が相対的に大きい場合と比較して、庇状に突出するエポキシ樹脂５（図５（Ｃ））は、頂面４ａから傾斜面３ｄと接触しにくいため、頂面４ａから傾斜面３ｄへ流出しにくい。そして、その結果、エポキシ樹脂５は、頂面４ａに残存しやすくなるので、摩擦部３ｂへの十分な含浸を確保しやすい。

しかし、角θ_１が小さすぎると、エポキシ樹脂５は、必要以上に頂面４ａに残存するので、頂面４ａから垂直面３ｅへ流出しやすくなる。そして、その結果、レンズホルダやカム環等の他の部位と干渉を起こしやすくなり、好ましくない。また、角θ_１が小さすぎると、エポキシ樹脂５は、必要以上に頂面４ａに残存するので、頂面４ａにおいて多量に硬化しやすくなる。そして、その結果、ラップ加工に要する時間が長くなり、好ましくない。

頂面４ａへ塗布されるエポキシ樹脂５の量は、エポキシ樹脂５が摩擦部３ｂへ含浸された後も、所定量のエポキシ樹脂５が頂面４ａへ残存する程度の量に設定される。このとき、エポキシ樹脂５の粘度の経時変化やディスペンサーによる塗布量のばらつき、さらには、本体部３ａ、特に摩擦部３ｂの気孔率のばらつき等を考慮して塗布されるエポキシ樹脂５の量を決定する。

なお、移動体３の断面形状は上述したものに限られない。例えば、図６（Ａ）に示すように、摩擦部３ｂの内周側の側面に傾斜面３ｇ（他の傾斜面）が形成されてもよい。傾斜面３ｇは内周側において摩擦面３ｃに隣接する。摩擦面３ｃと傾斜面３ｇのなす角θ_２は、１２０度よりも大きく、且つ１５０度よりも小さく、且つ摩擦面３ｃと傾斜面３ｄのなす角θ_１よりも小さい。角θ_１は、１２０度よりも大きく、且つ１５０度よりも小さいのが最も好ましい。これに対し、角θ_２は、このような角度範囲に限られず、角θ_１よりも小さければよい。また、移動体３の移動方向に垂直な断面（以下、単に「断面」という。）において、傾斜面３ｄに対応する斜辺は、傾斜面３ｇに対応する他の斜辺よりも長い。摩擦面３ｃから庇状に突出する余剰のエポキシ樹脂５が下方に垂れていく際、角θ_２が角θ_１よりも小さく、傾斜面３ｇよりも傾斜面３ｄが余剰のエポキシ樹脂５に近い。その結果、傾斜面３ｇよりも傾斜面３ｄが先に余剰のエポキシ樹脂５と接触する（図６（Ｂ））。その後、エポキシ樹脂５は、接触した傾斜面３ｄへ積極的に流れ出す。すなわち、エポキシ樹脂５は、傾斜面３ｇよりも傾斜面３ｄに積極的に流れるため、余剰のエポキシ樹脂５が傾斜面３ｇへ流れ出すのを抑制することができる。また、傾斜面３ｄに続いて傾斜面３ｇにも余剰のエポキシ樹脂５が接触しても、傾斜面３ｇに向けて流れ出るエポキシ樹脂５の量を少なくすると期待できる。

また、振動型アクチュエータ１の適用先に空間的な余裕があり、移動体３を大型化できる場合、摩擦部３ｂを移動体３の径方向に関して移動体３の中央に配置し、摩擦部３ｂの両脇に滞留面３ｆを設けてもよい（図７（Ａ））。この場合、摩擦面３ｃと傾斜面３ｇのなす角θ_２と、摩擦面３ｃと傾斜面３ｄのなす角θ_１を同じ角度に設定してもよい。摩擦面３ｃから庇状に突出する余剰のエポキシ樹脂５が下方に垂れていく際、余剰のエポキシ樹脂５は傾斜面３ｄとほぼ同時に傾斜面３ｇに接触し、傾斜面３ｄと傾斜面３ｇの両方に流れ出す。しかしながら、傾斜面３ｄへ流れ出したエポキシ樹脂５が傾斜面３ｄから溢れ出しても滞留面３ｆに留めることができ、また、傾斜面３ｇへ流れ出したエポキシ樹脂５が傾斜面３ｇから溢れ出しても滞留面３ｆに留めることができる（図７（Ｂ））。すなわち、エポキシ樹脂５が思わぬ所へ流れ出して硬化し、他の部位と干渉するのを防止することができる。

次に、振動型アクチュエータ１の構成を例として行った試験結果について説明する。まず、実施例１，２の振動型アクチュエータを、図３に示した移動体３を用いて製造した。実施例１の振動型アクチュエータには、ＳＵＳ４２０Ｊ２の粉末を焼結させた焼結体に焼き入れ処理を施して硬化させ、さらに、セラミック粒子が混合されたエポキシ樹脂５を含浸させた焼結体を含む摩擦部３ｂを有する移動体３を用いた。実施例２の振動型アクチュエータには、ＳＵＳ４２０Ｊ２の粉末を焼結させた焼結体に焼き入れ処理を施して硬化させ、さらに、エポキシ樹脂５を含浸させた焼結体からなる移動体３を用いた。なお、実施例２では、エポキシ樹脂５にセラミック粒子は混合されない。実施例１，２の振動型アクチュエータのそれぞれに用いられている移動体３の製造には、図４の製造方法を適用することができる。また、比較例１として、ＳＵＳ４２０Ｊ２の粉末を焼結させた焼結体に焼き入れ処理を施して硬化させた焼結体からなる環状の移動体を有する振動型アクチュエータを製造した。さらに、比較例２として、通常のステンレス製造方法により製造されたＳＵＳ４２０Ｊ２溶製材からなり、摩擦面にイオン窒化法により窒化層を設けた環状の移動体を有する振動型アクチュエータを製造した。なお、比較例１，２の移動体は移動体３と同様の形状を呈する。

次いで、製造した実施例１，２及び比較例１，２の振動型アクチュエータのそれぞれについて、移動体３の回転角度範囲を０°～５０°として７万回の往復駆動を行い、更に、回転角度範囲を５０°～１００°として５千回の往復駆動を行った。このような往復駆動によって、突起部２ａと摩擦面３ｃに「馴染み」が生じる。馴染みとは、摩擦面の真実接触部周辺の二面間距離が近付いたことをいう。馴染みが生じることによって突起部２ａでは摩擦面３ｃに対する接触面積が広がり、これに伴って摩擦面同士の二面間距離の近い部分の面積が増加する。突起部２ａと摩擦面３ｃに馴染みが生じた後は、湿度の影響を更に強く受けることとなり、摩擦面が滑りやすくなる。すなわち、摩擦材と相手材とが一定領域（真実接触部）で接触しているときに、馴染みが生じる前（馴染み前）と馴染みが生じた後（馴染み後）とを比較すると、馴染み後では、馴染み前に互いに接触していなかった部分の距離が小さくなっている。このような状態で互いに接触していない二面間に水分（水分子）が存在すると、その水分が垂直抗力を支えることになるため、真実接触面積が減少して摩擦面の剪断力（摩擦係数）が低下する。一方、互いに接触していない二面間に水分が存在しない場合には、真実接触面積が増加することで、高い摩擦係数が得られる。したがって、馴染みが生じた部分に水分が存在するか否かによって、摩擦面の滑りやすさに大きな違いが生じるものと考えられる。このような理由から、本試験では、摩擦面における水分の影響が現れやすくなるように、上述の往復駆動を行っている。

往復駆動後の各振動型アクチュエータを、温度が６０℃で相対湿度が９０％の高湿度環境に１～２時間放置し、次いで、室温環境（温度が２５℃で相対湿度が５０％）に取り出して２時間放置した後、移動体３の円周方向における保持トルクを測定した。相対湿度が９０％の高湿度環境に長時間に亘って放置したのは、摩擦面３ｃの表面に水分を吸着させて摩擦面３ｃと振動体２の間に水膜を存在させ、摩擦力を低減させるためである。図８は、実施例１，２及び比較例１，２の振動型アクチュエータにおける保持トルクの測定結果を示すグラフである。図８に示すように、実施例１，２の振動型アクチュエータにおける保持トルクが、比較例１，２の振動型アクチュエータにおける保持トルクを上回った。すなわち、振動型アクチュエータにおいて、エポキシ樹脂が含浸された焼結体を移動体として用いると、高湿度環境に長時間に亘って放置した後でも、保持トルクを維持することができることが分かった。これは、含浸されたエポキシ樹脂が移動体３の摩擦面３ｃへ移着して摩擦面３ｃと振動体２の真実接触面積が増大したためだと考えられた。また、実施例１の振動型アクチュエータにおける保持トルクが、実施例２の振動型アクチュエータにおける保持トルクを上回った。すなわち、振動型アクチュエータにおいて、含浸されるエポキシ樹脂にセラミック粒子を混合すると、高湿度環境に長時間に亘って放置した後でも、保持トルクをより高い値で維持することができることが分かった。これは、セラミック粒子が摩擦面３ｃと振動体２の間の水膜を打ち破るためだと考えられた。

このように、ステンレス焼結体に樹脂を含浸させた摩擦材は、高湿度環境に長時間に亘って放置した後でも、従来の摩擦材よりも保持トルクを維持することができる。また、本実施の形態に係る移動体３を用いれば、ステンレス焼結体に樹脂を含浸させる等の処理を行う際に、ステンレス焼結体に塗布した樹脂が、移動体３の内周側の側面に流れて硬化することを抑制できる。そのため、硬化した樹脂と他の部材との干渉による、振動型アクチュエータの駆動性能の低下を低減することができる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

例えば、移動体３において、摩擦面３ｃと傾斜面３ｄのなす角θ_１は１２０度よりも大きく、且つ１５０度よりも小さいのが最も好ましいが、当該角θ_１は９０度よりも大きく、且つ１８０度よりも小さい角度であればよい。また、角θ_１は、１１０度≦θ_１≦１６０度が好ましい。また、角θ_１は、１２０度≦θ_１≦１５０度がより好ましい。また、摩擦面３ｃと傾斜面３ｇのなす角θ_２も９０度よりも大きく、且つ１８０度よりも小さい角度であればよい。振動型アクチュエータ１では、環状の移動体３を用いたが、エポキシ樹脂が含浸された焼結体が現れる摩擦面を有する直方体状の移動体を用いてもよい。この場合、直方体状の移動体は振動体２によって長手方向にリニア駆動される。振動型アクチュエータ１の適用先としては各種電子機器が考えられるが、例えば、カメラのレンズ鏡筒や産業用ロボットにも振動型アクチュエータ１を適用することができる。

図９は、本発明の実施の形態に係る電子機器としてのレンズ鏡筒の断面図である。レンズ鏡筒９０は筒状の鏡筒ユニット本体９１を備える。図９において、鏡筒ユニット本体９１は、一端において光軸Ｌに対して垂直且つ外側へ向けて突出するフランジ９２を有する。フランジ９２には、マニュアルフォーカスの際に手動で操作されるマニュアルリング９３が光軸Ｌを中心として配置される。また、レンズ鏡筒９０では、鏡筒ユニット本体９１を内包するように振動型アクチュエータ１が光軸Ｌを中心として配置される。また、環状の出力伝達部材９４が光軸Ｌを中心とし、且つ間にロータゴム９５を挟んで振動型アクチュエータ１の移動体３と対向するように配置される。出力伝達部材９４及びマニュアルリング９３の間にはコロリング９６（被駆動体）が配置される。コロリング９６は出力伝達部材９４やマニュアルリング９３からの駆動力の伝達によって回転可能に構成される。コロリング９６は光軸Ｌに沿って鏡筒ユニット本体９１の端部から突出する出力キー９７を有する。出力キー９７は、例えば、カム環と係合し、コロリング９６の回転をカム環へ伝達する。また、コロリング９６は径方向に突出する複数のコロ軸９８と、各コロ軸９８によって軸支される車輪状のコロ９９とを有する。さらに、環状の保持基台１００が光軸Ｌを中心とし、且つ振動型アクチュエータ１の振動体２を保持するように配置される。また、振動体２とは反対側において保持基台１００には板バネ１０１が当接するように配置される。さらに、鏡筒ユニット本体９１の端部近傍には板バネ１０１を支持する環状の加圧リング１０２が光軸Ｌを中心として配置される。加圧リング１０２は内周側が鏡筒ユニット本体９１とネジ又はバイヨネット構造によって係合する。加圧リング１０２を鏡筒ユニット本体９１周りに回転させることによって光軸Ｌに沿って移動させ、板バネ１０１を圧縮する。圧縮された板バネ１０１は、保持基台１００を振動型アクチュエータ１へ向けて押圧する。これにより、振動型アクチュエータ１の振動体２に押圧力が作用し、振動体２が移動体３へ加圧接触する。振動体２において振動が励起されると、摩擦駆動によって移動体３が円周方向に移動するが、移動体３へ出力伝達部材９４やロータゴム９５を挟んで接触するコロリング９６も円周方向に移動する。このとき、コロリング９６の出力キー９７は、係合するカム環を回転させ、レンズ鏡筒のオートフォーカス動作を実現する。なお、振動型アクチュエータ１はレンズ鏡筒のオートフォーカス動作だけで無く、レンズ鏡筒のズーム動作の実現に用いられてもよく、さらには、カメラの撮像素子の駆動や手ぶれ補正時のレンズ又は撮像素子の駆動の実現に用いられてもよい。

図１０は、本発明の実施の形態に係る電子機器としての産業用ロボットの斜視図である。図１０において、ロボット１０３は、例えば、水平多関節ロボットであり、振動型アクチュエータ１を搭載する。ロボット１０３は、先端部に設けられたハンド部１１２（被駆動体）と、複数のアーム１２０ａ～１２０ｄ（被駆動体）と、各アーム１２０ａ～１２０ｄを接続し又はアーム１２０ａの端部に設けられるアーム関節部１１１ａ～１１１ｃとを有する。アーム関節部１１１ａ～１１１ｃは、隣接するアーム１２０ｂ，１２０ｃの交差角を変更させ、又は、各アーム１２０ａ，１２０ｂを自身のスラスト軸を中心軸として回転させる。ハンド部１１２は、アーム１２０ｄと、アーム１２０ｄの先端に取り付けられる把持部１２１と、アーム１２０及び把持部１２１を接続するハンド関節部１２２とを有する。ハンド関節部１２２は把持部１２１を回転駆動する。このような、ロボット１０３においてアーム関節部１１１ａ～１１１ｃの曲げやハンド部１１２の把持動作に用いられる振動型アクチュエータには、低回転数且つ高トルクのＴＮ特性（負荷トルク－回転数の関係を示す垂下特性）を有するものが好ましい。ここで、圧電素子２ｃを用いる摩擦駆動型の振動型アクチュエータ１は低回転数且つ高トルクのＴＮ特性を有するため、ロボット１０３のアーム関節部１１１ａ～１１１ｃやハンド関節部１２２へ好適に用いられる。

１ 振動型アクチュエータ
２ 振動体
２ｃ 圧電素子
３ 移動体
３ｂ 摩擦部
３ｃ 摩擦面
３ｄ，３ｇ 傾斜面
３ｆ 滞留面
４ リング状焼結体
５ エポキシ樹脂
９０ レンズ鏡筒
１０３ ロボット

Claims (19)

1. 電気－機械エネルギー変換素子及び弾性体を用いる振動体と、該振動体に加圧接触する移動体とを備え、前記振動体に励起された振動によって前記振動体及び前記移動体を相対的に移動させる振動型駆動装置において、
   前記移動体は、少なくとも樹脂が含浸された焼結体を含み且つ前記振動体と接触する摩擦面を有し、
   前記移動体は、前記振動体及び前記移動体の相対移動方向と直交する断面において、前記摩擦面と隣接する傾斜面をさらに有し、
   前記移動体における前記摩擦面と前記傾斜面のなす角は、９０度より大きく且つ１８０度より小さいことを特徴とする振動型駆動装置。
2. 前記移動体における前記摩擦面と前記傾斜面のなす角は、１１０度以上であり且つ１６０度以下であることを特徴とする請求項１記載の振動型駆動装置。
3. 前記移動体における前記摩擦面と前記傾斜面とのなす角は、１２０度より大きく且つ１５０度より小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の振動型駆動装置。
4. 前記焼結体はステンレス焼結体であり、前記摩擦面に現れる気孔の割合である表面気孔率が５％以上且つ３０％以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
5. 前記移動体は、前記摩擦面とは反対側において前記傾斜面と隣接する滞留面を有し、 前記摩擦面が上方を向く場合、前記滞留面は、前記摩擦面と平行をなし、又は前記傾斜面に向けて落ち込むように傾斜することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
6. 前記樹脂にはセラミック粒子が混合されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか1項に記載の振動型駆動装置。
7. 前記焼結体はマルテンサイト系のステンレス焼結体が焼き入れ硬化した焼結体であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか1項に記載の振動型駆動装置。
8. 前記移動体は、前記傾斜面とは反対側において前記摩擦面と隣接する他の傾斜面を有し、
   前記移動体における前記摩擦面と前記他の傾斜面のなす角は、前記移動体における前記摩擦面と前記傾斜面のなす角よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
9. 前記移動体は、前記傾斜面とは反対側において前記摩擦面と隣接する他の傾斜面を有し、
   前記移動体における前記摩擦面と前記他の傾斜面のなす角は、９０度より大きく且つ１８０度よりも小さく、
   前記移動体における、前記振動体及び前記移動体の相対移動方向と直交する断面において、前記傾斜面に対応する斜辺は、前記他の傾斜面に対応する他の斜辺よりも長いことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか1項に記載の振動型駆動装置。
10. 前記傾斜面には、樹脂又は樹脂及びセラミック粒子が存在することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか1項に記載の振動型駆動装置。
11. 前記移動体は環状であり、前記摩擦面及び前記傾斜面が全周に亘って形成されることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか1項に記載の振動型駆動装置。
12. 前記移動体は環状であり、前記断面において、前記傾斜面は前記摩擦面よりも前記移動体の外周側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
13. 請求項１乃至１２のいずれか1項に記載の振動型駆動装置と、前記振動型駆動装置によって駆動される被駆動体とを備えることを特徴とする電子機器。
14. 撮像装置又はロボットであることを特徴とする請求項１３に記載の電子機器。
15. 少なくとも樹脂が含浸された焼結体を含む摩擦面と、前記摩擦面に隣接する傾斜面と、を有する移動体であって、
    前記摩擦面と前記傾斜面のなす角は、９０度より大きく１８０度より小さいことを特徴とする移動体。
16. 前記摩擦面と前記傾斜面のなす角は、１１０度以上であり且つ１６０度以下である請求項１５の移動体。
17. 前記摩擦面と前記傾斜面のなす角は、１２０度より大きく且つ１５０度より小さいことを特徴とする請求項１５又は１６に記載の移動体。
18. 前記焼結体はステンレス焼結体であり、前記摩擦面に現れる気孔の割合である表面気孔率は５％以上且つ３０％以下であることを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の移動体。
19. 前記摩擦面とは反対側において前記傾斜面と隣接する滞留面とを有し、
    前記摩擦面が上方を向く場合、前記滞留面は、前記摩擦面と平行をなし、又は前記傾斜面に向けて落ち込むように傾斜していることを特徴とする請求項１５乃至１８のいずれか１項に記載の移動体。

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